中國粉體網訊  水稻作為我國的主要糧食作物，每年產生大量的稻稈和稻殼等農業副產物。然而，這些副產物的綜合利用率并不高，往往被焚燒或作為飼料和生物能源使用，其附加值相對較低。同時，焚燒處理還會對環境造成污染。因此，如何高效地利用這些農業副產物，成為了一個亟待解決的問題。

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水稻新價值！武漢科研團隊成功提取出納米碳化硅

10月9日，武漢科技大學材料學部“志同‘稻’合”學生團隊采用低溫鎂熱技術，從稻稈、稻殼中提取制作一種半導體材料——納米碳化硅，顆粒尺寸可細達30nm，純度達99.99%，使稻殼附加值提升9倍以上。這一創新成果不僅為農業副產物的高附加值利用開辟了新的途徑，也為半導體材料的生產提供了新的思路。

團隊負責人韋奕麒和碳化硅產品 學校供圖

該團隊從2021年起開始研究碳化硅，團隊負責人韋奕麒曾帶領團隊成員赴各地農村進行調研，他們發現，農業副產物堆積嚴重，綜合利用率不足50%。經過對30余種農業副產物檢測后發現，水稻中氧化硅含量高，粒度均勻，是制備納米碳化硅的理想原料。然而，如何從稻稈和稻殼中低溫便捷地合成納米碳化硅，并控制其尺寸形態，是技術上的難點。

目前，國內外工業常用碳熱還原法制備納米碳化硅，但這種制備方法溫度高達1600℃~2200℃，能耗大且純度低，轉化工藝也相對復雜。針對這些問題，該團隊利用稻稈和稻殼中的天然納米氧化硅與碳反應，轉化為顆粒均勻的納米碳化硅產品。在反應過程中，團隊自研了低溫鎂熱技術和動態熱量控制技術，成功突破了鎂熱過程因局部高溫引起的納米碳化硅燒結問題，從而保障了顆粒尺寸的細小和均勻。

據介紹，團隊曾在鄉村開展試點工作，面向農戶以高于市場100%的價格收購稻殼，并采用低溫工藝生產高純度納米碳化硅產品，三年可為企業新增營業額1000萬元以上。當前項目已完成中試階段，正在和企業開展戰略合作進行產品試用，團隊計劃在各村鎮建立農業副產物原料加工基地，助農增收。

納米碳化硅的潛在應用

近年來，碳化硅納米顆粒的合成受到了廣泛的關注，各種碳化硅納米顆粒的合成方法層出不窮。目前，大多數碳化硅納米顆粒的合成研究都是在實驗室水平上進行的，規模化生產面臨著許多挑戰。盡管大多數市售SiC是通過燃燒合成和碳熱還原法制備的，但由于團聚問題，商業化合成SiC納米顆粒很困難。液體法中的化學刻蝕和脈沖激光燒蝕可以合成純度高、分散性好的SiC納米粒子，但由于產品收率較低，無法實現批量生產。因此，目前市售的高純SiC納米顆粒主要采用CVD法生產。CVD法的反應物價格昂貴，因此其制備成本較高，導致SiC納米顆粒的價格較高。

納米碳化硅材料因具有耐磨、耐腐蝕、強度高、高熱導等優良的物理與化學性質而備受關注，可用于芯片制造、高端陶瓷等，全球碳化硅產量供不應求。此外，在過去的幾十年里，研究人員在探索納米SiC實際應用方面做出了巨大的努力。

1.復合材料

基體材料中加入納米晶須、納米粒子、納米纖維等可以明顯的提高材料的力學性能和抗氧化性能。而納米SiC因其具有彈性模量高、強度高、熱穩定性好以及耐腐蝕優良等特性，被認為是復合材料最理想的補強增韌劑，可廣泛用于聚合物復合材料、金屬基復合材料以及C/C復合材料。

2.場發射體

場發射是一種在強外電場作用下固體中的電子從陰極表面逸出的現象。SiC在惡劣的條件下具有高的抗氧化性和熱穩定性，可以承受高的電流密度。因此，在場發射陰極材料領域中有很好的應用潛力。

3.傳感器

SiC納米線具有較大的比表面積，其電導率對于其表面電子狀態的改變十分敏感。這使得SiC納米線在傳感器等方面有較大的前景。當然，與金剛石NPs中熒光成像和在傳感中廣泛的應用相比，SiC NPs在這些領域的應用仍處于起步階段。

4.超級電容器

SiC具有高熔點、優異的力學性能、高溫穩定性和耐腐蝕性等優點，其納米材料常被用作高溫結構材料的納米增強相。考慮到SiC納米材料的大比表面積和優異的化學穩定性等特點，近些年其被廣泛用于超級電容器領域，特別是作為應用于惡劣應用環境下的儲能材料。

5.吸波材料

納米SiC是一種理想的高溫輕質吸波材料，它可以產生介電損耗從而吸收電磁波，同時還具有化學和力學性能穩定、密度小、比表面積大的優點。因此，SiC納米材料可在極端條件下使用，在吸波領域的發展前景巨大。

來源：

汪涵等：納米碳化硅的制備與應用研究進展

半導體封裝技術全鏈：探解SiC 納米顆粒的合成之路

長江云新聞

（中國粉體網編輯整理/空青）

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